１６ 炼油与化工 ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 第２４卷 新型多级降压喷嘴内流动特性的数值模拟 姚春兴 ，毛 羽 ，王 娟 ，蒋 涛 （１．中闰石油天然气管道局第五ｌＴ程公司，河ｊＥ廊坊０６５０００；２．中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京１０２２４９） 摘要：为了改进重油梯级分离工艺中制备的沥青颗粒密度小、质密疏松的状况，对颗粒制备系统中 的喷嘴结构进行了改进。采用数值模拟方法，对不同喷嘴结构参数和操作参数下的流动特性和压 力特性变化规律进行了研究。结果显示增大入口压力，增大一级节流段直径，减小二级喷口段直 径，对内流场和压力的改善起到促进作用。 关键词：喷嘴；流动特性；压力；速度 中图分类号：ＴＨ１３７．５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—４９６２（２０１３）０６—００１６—０３ 随着人们对环保的重视，以及对高品质成品 油需求的日益增加，我国油品的升级成为专家研 究的重点。在改善油品的同时，势必会产生大量 １．２喷嘴工作过程 新型喷嘴的截面结构见图２。 ｜ 兰 三｜ 三 的胶质和脱油沥青，因此高效实现重油轻质化成 为研究重点 。中国石油大学重质油国家重点实 验室研发的“重油梯级分离”工艺已经在生产中取 图２新型喷嘴的截面结构 得了非常好的效果。但梯级分离装置中喷嘴所产 生的大量沥青颗粒组织疏松，密度过低，为沥青颗 粒的储藏运输带来困难。为了改善沥青颗粒质 量，让其形成质地密实，密度较大的颗粒，必须开 发新型喷嘴结构，控制喷嘴内的压降 。文中通过 数值模拟方法对开发的新型喷嘴内的流场分布特 征进行研究，以获得合理的喷嘴结构参数。 Ｉ喷嘴设计 １，１喷嘴结构 所设计的喷嘴应用在多级相变造粒系统，具 体工作过程为液相溶剂和产生的沥青残渣的液相 混合物经过喷嘴人口（１）进人造粒喷嘴渐缩段 （２），混合物经过渐缩段（２）的缓冲和减压作用后， 通过一级喷口（３）喷射到节流膨胀室（４）中，压力 初步降低，部分液相溶剂出现汽化，同时在膨胀室 （４）的混合液体和气相溶剂一起进入下一级喷口 （５），气相溶剂、液相溶剂和沥青残渣经过喷口（５） 喷出，溶剂汽化体积膨胀，沥青残渣被雾化成小液 滴喷入到后续的雾化室中。 ２数值模拟 重油梯级分离工艺中使用的喷嘴是一种闪蒸 相变喷嘴。多级相变喷嘴是指工质在某状况下在 喷嘴内多次实现相态的转变。文中在喷嘴内设置 了多级喷口，并在喷口之间设置膨胀腔，同时为了 改善入口和一级喷口之间由于直径的突变造成的 ２．１网格划分 不同类型的喷嘴结构见３图。 ０ 压力骤降，故设置了渐缩过渡段，这样就减缓了压 力的降低。多级降压喷嘴的主要参数有渐缩段长 一一 一—— 度Ｌｈ一级节流段直径Ｄ：和长度ＩＪ２，二级喷口段直 径Ｄｌ１和长度ｋ，见图１。 一０Ｉ舟一一 『一 一Ｉ一●一ｌ 厂●—］ ｆ 入【］段 渐缩段 节流段 膨胀段 喷孔段 图１新型多级降压喷嘴结构 基金项目：闰家９７３项目２００４ＣＢ２１７８０３ ２０１３年第６期 姚春兴，等．新型多级降压喷嘴内流动特性的数值模拟 １７ 图３－ｃ 压力 出口 图３－ｄ 图３不同喷嘴结构 图３中，图３－ａ为两级相变喷嘴结构 圳，３－ｂ 为单级喷嘴结构，３－ｅ为新型喷嘴结构示意图，３－ｄ 为喷嘴计算区域结构图。采用Ｇａｍｂｉｔ建模软件对 新型喷嘴进行完全结构化网格划分，网格单元数 为３９１ ７９１个，并借助Ｆｌｕｅｎｔ软件对内部流场进行 数值计算。 ２．２计算条件及模型 计算过程，选用常温水作为介质，喷嘴入口采 用压力入口边界条件，入口压力与实验工况相符 合；喷嘴出Ｆ１采用充分发展的出口边界条件，出口 压力为当地环境压力；喷嘴边壁部分施加无滑移 壁面边界条件。湍流模型采用标准Ｋ一￡模型 ，壁 面处采用标准壁面函数处理。 ３模拟结果分析 ３．１新型喷嘴和两级喷嘴比较 在直径尺寸完全相同，总长度和人口出口边 界条件完全相同的情况下，将所设计的喷嘴与图 ３－ａ中所示的两级直喷嘴作为对比研究，考察新型 喷嘴对流场的改进效果。 设计喷嘴和两级直喷嘴在不同操作压力下， 沿： 质流动方向的压力、速度分布曲线 见图４。 图４一ｆｌ —ｏ．０４ ｏ．００ ０．０４ ｏ．Ｏ８ ｏ ｌ２ ｏ．１６ ｏ．２Ｏ 轴线位置／ｍ 图４一ｂ 图４设计喷嘴和两级喷嘴对比 由图４可知，新型喷嘴的压力和速度分布更加 合理。图４一ａ为压力分布对比图，两级直喷嘴因直 径的突变造成阻力损失骤增，新设计结构因渐缩 段的引入，局部压降过大，新型喷嘴结构因为加入 了渐缩段，使得连接过渡平滑，减小了突变造成的 能量损失，改善了一级喷口处的压力分布。图４一ｂ 为速度分布比较图，两级直喷嘴速度在两喷口处 突然增大，造成严重的局部阻力损失，且消耗很大 部分能量转化成动能，新喷嘴引人渐缩段后，速度 逐渐增加，而且二级喷口的速度因一级喷口处压 力损失减少，造成其速度大于两级喷嘴速度。 ３．２操作压力的影响 操作压力对设计喷嘴内压力和速度分布的影 响见图５ ５一ａ 从图５可以看出，操作压力的变化对喷嘴内压 力、速度分布规律影响不大，只引起数值大小的变 化。在图５－ａ中，随着进口压力的增加，喷嘴膨胀 室内的压力增大。在图５－ｂ中，在入口处和膨胀室 处，因节流直径的突变，使得速度骤增，造成节流 孔处和出口处速度出现峰值，且峰值随着压力的 增大也增大。 ３．３长度的影响 １８ 炼油与化工 ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 第２４卷 ６０ ？Ⅲ）、巡 能量增加，从而造成速度增大，压力减小。 ３．４直径的影响 ５０ 直径变化对速度和压力分布的影响见图７。 ＾４０ ３０ ２Ｏ １０ ｏ ０４ ｏ．ｏｏ ｏ．０４ ｏ．０８ ０．１２ ｏ．１６ ０．２Ｏ ０．２４ ０．２８ 轴线位置／ｍ 图５－ｂ 图５操作压力对喷嘴流动特性的影响 喷嘴各段长度变化对喷嘴内速度和压力分布 的影响见图６。 ３．０ ２．８ ２．４ ２．０ １ ６ 譬 Ｒ １．２ ０．８ Ｏ．４ ０．０ —０．０４ ０．００ ０．０４ ０．Ｏ８ Ｏ．１２ ０．１６ ０．２０ ０．２４ 轴线位置，ｍ 图６－ａ ６Ｏ ５Ｏ ４０ ３０ ２０ １Ｏ 一０ ０４ ０．００ ０．０４ ０．Ｏ８ ０．１２ ０．１６ ０．２０ ０．２４ ０ ２８ 轴线位置／ｍ 图６－ｂ 图６各部分长度变化喷嘴流动特性的影响 从图６可以看出，长度的变化对喷嘴内速度和 压力分布规律没有明显影响，只使喷嘴内速度和 压力分布节点发生了平移，压力和速度数值出现 微小波动，主要原因是喷嘴各段长度的增加，导致 沿程阻力损失增加，压力势能减少，转化为动能的 皇 ＿Ｒ 轴线位置，ｍ 图７－ａ ７０ ６０ ５０ ４０ 、３０ ２０ １Ｏ ０．０４ ０ Ｏ０ ０．０４ ０．Ｏ８ Ｏ．１２ ０．１６ Ｏ．２０ ０．２４ ０．２８ 轴线位置，ｍ 图７－ｂ ３．０ ２．５ ２．０ 三１．５ １．０ ０．５ —０．０４ ０．ＯＯ ０．０４ ０．０８ ０．１２ ０．１６ ０．２０ ０．２４ 轴线位置／ｍ 图７一ｃ ８Ｏ ７０ ６０ ５０ ∽ ４０ 、 ３Ｏ ２Ｏ ｌＯ 一０．０４ Ｏ．００ Ｏ．Ｏ４ Ｏ．Ｏ８ ０．１２ Ｏ．１６ ０．２Ｏ ０ ２４ ０ ２８ 轴线位置／Ｉｎ 图７－ｄ 图７喷口直径变化对喷嘴流动特性的影响 炼油与化工 ２０１３年第６期 ＲＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ １９ 新型乙烯聚合催化剂ＬＹ一１的制备与应用 崔 月 ，李勇智 （１．辽阳石化公司研究院，辽宁辽阳１１１００３；２．辽阳石化公司尼龙厂，辽宁辽阳１１１００３） 摘要：以邻苯二甲酸二丁酯为给电子备了新型乙烯聚合催化剂ＬＹ一１。考察了催化剂ＬＹ一１用 于乙烯聚合时的催化性能。结果表明，添加第３组分给电子体后，催化剂ＬＹ一１的聚合活性和颗粒 形态均有改进，催化剂ＬＹ一１的氢调敏感性较好，催化剂寿命长，催化剂ＬＹ一１与丙烯呈现很好的共 聚性能。 关键词：乙烯聚合；给电子体；催化剂ＬＹ一１ 中图分类号：ＴＱ３１４．２４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—４９６２（２０１３）０６—００１９—０３ 在Ｚｉｅｇｌｅｒ—Ｎａｔｔａ催化剂体系中加入第３组分， 对催化活性和产品的形态产生较大的影响¨ 。常 所以又称为给电子体 。在乙烯聚合催化剂中加 入给电子体，目的是提高催化剂的催化活性和调 整催化剂的颗粒形态，进而调整聚合产品的粒度 分布。 响 ７参¨ 用的第３组分是含氧、氮、磷、硫、硅等的有机化合 物。通常所用的第３组分化合物都带有孤对电子， 图７－ａ，７－ｂ为一级喷口直径对喷嘴的影响， 图７－ｃ，７－ｄ为二级喷口直径对喷嘴的影响。一级 喷口直径和二级喷口直径的变化对喷嘴的影响出 现相反的效果。在图７－ｃ，７－ｄ中，随着一级喷口直 径的增大，喷嘴内压力增大，一级喷口内速度减 小，二级喷口内的速度增大；在图７－ａ，７－ｂ中，随着 二级喷口直径的增大，喷嘴内压力减小，一级喷口 内速度增大，二级喷口内速度减小。产生上述结 果的原因是：喷嘴的总压降固定不变的，一级喷口 直径增大，使得连接平缓，降低一级喷口连接处的 局部损失，二级喷口处能量损失固定，使得整个压 力增大；二级喷口直径增大，降低了二级喷口连接 一 一一 一～ 一一 一一收稿日期：２０１３—０６—０４ 作者简介：姚春兴，男，助理工程师，２０１３年硕士毕业于中国石油大 处局部损失，因总的损失固定，使得一级喷口损失 增大，压力下降。 ４结论 （１）相对于两级直喷嘴而言，新型喷嘴内的流 场的改进效果十分明显，为以后改进提供了参考。 （２）新型喷嘴入口压力的改变，对喷嘴内流场 分布规律没有明显的影响，只改变了相应位置数 值的大小。 （３）喷嘴各部分长度的变化，对流场的分布规 律也没有明显影响，只是对节点位置发生了平移。 （４）喷嘴两喷口直径的变化对流场的分布影 学（北京）化］一过程机械专业，现从事炼油装置与长输管道的安装工 作。
